虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤技術(shù)-資料下載頁
2025-01-18 19:55本頁面
【正文】 rAudio/VideoDatabaseV is it P r of il eD a ta ba se3D Mode l s, P r e r e nde r e d I m a ge sD a t a ba se五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)目前進(jìn)展 美國 NRL海軍研究試驗(yàn)室正在開發(fā)戰(zhàn)場用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) (BARS)，其目的在于為城市戰(zhàn)場環(huán)境中的指揮官和士兵之間傳達(dá)三維戰(zhàn)術(shù)信息提供一個(gè)實(shí)用平臺(tái)。主要研究內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)新型用戶接口、設(shè)計(jì)新型交互方法、開發(fā)交互式、分布式三維環(huán)境及足夠精度的跟蹤和注冊(cè)系統(tǒng)。 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用 開發(fā)工作于室外的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將大大的擴(kuò)展其應(yīng)用范圍 ，同時(shí)可以提供新的 、 更通用的跟蹤方法 。 還可以減少使用前的準(zhǔn)備工作 ， 使得建立和操作一套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)更加容易 ， 同時(shí)為可穿戴式計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)自然的人機(jī)交互手段 。 一些可穿戴式計(jì)算機(jī)例如 CMU VuMan系統(tǒng)已經(jīng)用于戶外車輛維修的應(yīng)用中 。 對(duì)于森林中的徒步旅行者 、 戰(zhàn)場中的戰(zhàn)士及開車的司機(jī)來說 ， 戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以提高他們對(duì)環(huán)境的認(rèn)識(shí) ， 提供導(dǎo)航路徑等信息 ， 用戶可以在看到周圍環(huán)境的同時(shí)看到分布在空間的信息 。 士兵可以看到敵人的位置 、 戰(zhàn)友 、 類似雷區(qū)等肉眼無法識(shí)別的危險(xiǎn)區(qū)域等 ， 室外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也可以用于團(tuán)隊(duì)協(xié)作 。 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用 戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的另外一個(gè)應(yīng)用是看到過去或未來的人物或事件，裝配有戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的游客可以看到計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的復(fù)活的歷史，頭盔式顯示器可以遮擋背景中的現(xiàn)代建筑物或紀(jì)念碑，顯示文物古跡在當(dāng)時(shí)的情況。 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能 ? 真實(shí)與虛擬場景間的精確注冊(cè) ? 增強(qiáng)場景的一定刷新率圖像的立體顯示 ? 系統(tǒng)的初始標(biāo)定 ? 注冊(cè)和圖像生成的實(shí)時(shí)性 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 基于視覺的跟蹤注冊(cè)算法 在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中主要包括三個(gè)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換：世界坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系和像面坐標(biāo)系。跟蹤系統(tǒng)包括一臺(tái)彩色 CCD攝像機(jī)和四個(gè)不同顏色的彩色標(biāo)志點(diǎn)，彩色標(biāo)志點(diǎn)的屏幕坐標(biāo)可以通過對(duì)輸入視頻流的濾波得到。當(dāng)所有 4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)都被跟蹤到之后，利用投影變換關(guān)系可以唯一地確定平移矩陣 T和旋轉(zhuǎn)矩陣 R。 Y Z X YW ZW XW 世界坐標(biāo)系 合成圖像 u v CCD攝像機(jī) LCD 透鏡 像面坐標(biāo)系 攝像機(jī)坐標(biāo)系 真實(shí)場景 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 基于視覺的跟蹤注冊(cè)算法誤差分析 實(shí)際的測量結(jié)果表明在使用該算法時(shí)旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算值最大可能有45o的誤差。旋轉(zhuǎn)矩陣元素 r3 的 算值 1o的誤差。當(dāng)所跟蹤的標(biāo)志點(diǎn)中心的坐標(biāo)是 (385, 381)，同時(shí)由于環(huán)境光照的變化每個(gè)坐標(biāo)值都有一個(gè)像素的偏差，圖像處理的輸出為 (384,380)，對(duì)應(yīng)的計(jì)算誤差為 ，此時(shí)俯仰角的計(jì)算誤差為5186。 ????????????????????????????????????????????????c o sc o sc o ss i ns i ns i nc o ss i ns i nc o ss i nc o sc o ss i nc o sc o ss i ns i ns i ns i nc o sc o ss i ns i ns i ns i nc o sc o sc o sR0 1 5 0 3 i n)s i n (3 ?????? ????? r五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 基于混合跟蹤的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 包括固定于 V8頭戴式顯示器的磁傳感器和 CCD攝像機(jī)， CCD攝像機(jī)的輸出通過大恒 DH200圖像 A/D轉(zhuǎn)換卡被轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，三自由度定姿系統(tǒng)與工作站之間通過 RS232通信。攝像機(jī)的位置和姿態(tài)通過結(jié)合視頻跟蹤和磁跟蹤的結(jié)果來獲得。 磁 跟蹤器 A/D 轉(zhuǎn)換器 工作站 標(biāo)志點(diǎn) RS232 GeForce 4 圖像卡 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 混合跟蹤算法 當(dāng)由于環(huán)境光照的影響導(dǎo)致一個(gè)或者多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)不能被跟蹤到時(shí)，所提取到的標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)量不足以用來計(jì)算被跟蹤物體的位置和姿態(tài)信息。在通過磁跟蹤器的輸出獲得被跟蹤物體的姿態(tài)信息之后，僅通過兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的跟蹤結(jié)果即可以獲得位置跟蹤的結(jié)果。 ???????????????????????????????????????????1100/00/1 98765432100wiwiwizyxiici zyxtrrrtrrrtrrrvdyfudxfvuz?????????????????????????????zwiwiwizwiwiwiywiwiwiizwiwiwizwiwiwixwiwiwiitzryrxrtzryrxrvtzryrxrdyfvtzryrxrtzryrxrutzryrxrdxfu98798706549879870321)()()()(五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 的混合跟蹤裝置 系統(tǒng)包括 V8頭盔顯示器、 CCD攝像機(jī)、地磁姿態(tài)跟蹤系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等。 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 跟蹤結(jié)果 一 、 概述 二、三自由度地磁定姿系統(tǒng) 三、六自由度電磁跟蹤系統(tǒng) 四、手指彎曲測量系統(tǒng) 五、戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 六、總結(jié) 目錄 六、總結(jié) 存在的問題 ? 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)手套產(chǎn)品出現(xiàn)的時(shí)間都不長，僅能夠允許用戶采用自然手勢與虛擬環(huán)境進(jìn)行有限的交互，存在手指關(guān)節(jié)角度的分辨率有限及不同手勢之間的辨識(shí)困難等不足。 ? 手套式手部跟蹤系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是配帶手套以及較多的信號(hào)線給虛擬交互帶來不便，并在一定程度上影響沉浸感， ? 我們所研制的光纖傳感器手指彎曲測量系統(tǒng)雖然有輕便、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但它不能對(duì)每一個(gè)指關(guān)節(jié)的彎曲角度進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤，只能測量整個(gè)手指彎曲的角度的總和，而且它還存在著容易損壞等缺點(diǎn)。 六、總結(jié) 存在的問題 ? 現(xiàn)有的六自由度跟蹤器的主要問題是響應(yīng)速度慢、工作范圍有限、易受環(huán)境干擾，迄今為止尚未開發(fā)出可以應(yīng)用于噪聲及未知環(huán)境中的低延遲、高精度系統(tǒng)。 ? 本研究報(bào)告所提出的三自由度地磁姿態(tài)跟蹤系統(tǒng)和六自由度電磁跟蹤系統(tǒng)器都是由計(jì)算機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的采樣值來計(jì)算手部的空間位置及姿態(tài)，因此不可避免的要帶來延遲。 ? 目前進(jìn)行校正處理的一般思路是首先建立被測對(duì)象的實(shí)際方位信息和測得方位信息的對(duì)照表，之后在實(shí)際跟蹤過程中根據(jù)實(shí)測的方位數(shù)據(jù)利用上述對(duì)照表最終計(jì)算出校正后的結(jié)果。 六、總結(jié) 結(jié)束語 作為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)核心技術(shù)的跟蹤注冊(cè)技術(shù)，目前在跟蹤的精度與跟蹤范圍方面尚存在差距，在使用壽命、可靠性、體積、功耗和抗干擾能力方面還有待于進(jìn)一步提高，在一定程度上限制了虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。可以相信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和跟蹤注冊(cè)技術(shù)的不斷提高，其應(yīng)用范圍會(huì)更加廣泛。
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